CONTENIDO
Introducción
Generalidades
Descripción del
sistemas GPS
Utilidad de los GPS
Fundamentos
Características de los GPS
Disponibilidad selectiva
Infografía
Nuestra galaxia, la Vía Láctea (Milky Way), es simplemente una más en la inmensidad del Universo. Nuestra estrella más cercana, el Sol, es sólo una más entre los miles de millones de estrellas de la Vía Láctea. El planeta Tierra es uno de los 9 satélites que dan vueltas alrededor del Sol siguiendo una órbita elíptica. Estos planetas, del más próximo al más lejano al Sol, son: Mercurio, Venus, La Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón. Las reglas que gobiernan el movimiento de estos estos satélites solares (los planetas) se estudian en la disciplina de Mecánica Celeste, y fueron descubiertas por científicos excepcionales como Johannes Kepler e Isaac Newton hace ya cientos de años.
El movimiento de los 9 planetas solares es como una fascinante maquinaria de relojería. La fuerza que los mantiene juntos y determina sus movimientos relativos es "la gravedad". Cuanto más cercano al Sol se encuentra un planeta, la fuerza de atracción de gravedad que siente es mayor y debe moverse más rápido en su órbita para no caer al Sol. Por ejemplo, La Tierra, situada a unos 150.000.000 Km del Sol, viaja en su óribita a una velocidad media de unos 30 kilómetros por segundo y completa una revolución alrededor del Sol en un año.
Varios planetas, a su vez, tienen uno o más satélites orbitando a su alrededor. Por ejemplo, el único satélite natural de la Tierra, la Luna, se encuentra a una distancia media de unos 385,000 kilómetros de la Tierra y da una vuelta completa alrededor de ella en unos 29 días. Las diferentes posiciones de la Luna con respecto a la Tierra determinan sus cuatro fases: luna llena, luna nueva, cuarto creciente y cuarto menguante.
La definición de satélite es, por tanto bastante sencilla de intuir. Es simplemente un cuerpo que orbita alrededor de otro. La gravedad es la fuerza de atracción que hace posible el movimiento relativo de las órbitas descritas por los satélites
El GPS comienza a desarrollarse y a introducirse fuertemente en el mercado después de la Guerra del Golfo, ahí se empleaba para los misiles dirigidos, más conocidos como las bombas inteligentes. En los últimos años se ha registrado un incremento en la adquisición de receptores GPS en el consumidor medio. Conforme la tecnología avanza, más características se añaden a estas unidades, mientras su precio y tamaño disminuyen. Casi todas las unidades de GPS ofrecen 12 canales paralelos y capacidad de almacenar información. Algunos incluso pueden conectarse a una Lap Top y usarse con un software de mapa de calles, para la navegación de un automóvil a tiempo real.
Existen GPS diseñados especialmente para la actividad que se quiera realizar, para viajeros insaciables o un corredor de autos, puede adquirir uno que tenga almacenado los mapas de una determinada ciudad. Asimismo, si se es fanático en Internet, existe la posibilidad de que su unidad pueda recibir y enviar e-mail.
Como nos daremos cuenta, el GPS puede ser utilizado
con diversos fines, por ejemplo la navegación, o aviación. Incluso para
deportes de aventura como ciclismo, pesca y caza. Puede ser el compañero ideal
para un viaje en sus vacaciones por el interior del país. En fin es una
excelente herramienta que nos ayudara a localizar una posición específica y que
no permitirá que uno se pierda.
Descripción del Sistema
El sistema Global de posicionamiento
(GPS por sus siglas en inglés) es un sistema satelital basado en señales de
radio emitidas por una constelación de 21 satélites activos en órbita alrededor
de la tierra a una altura de aproximadamente 20 000 Km. El sistema permite el
cálculo de coordenadas tridimensionales que pueden ser usadas en navegación o
,mediante el uso de métodos adecuados, para determinación de mediciones de
precisión, provisto que se poseen receptores que capten las señales emitida por
los satélites. El GPS fue implementado por el Departamento de Defensa de los
Estados Unidos con el objeto de obtener en tiempo real la posición de un punto
en cualquier lugar de la tierra. Este sistema surgió debido a las limitaciones
del sistema TRANSIT que en la década de los 70 proporcionaba posicionamiento
usando métodos Doppler. La principal desventaja del este último era la no
disponibilidad de satélites las 24 horas del día.
Como Funciona Un GPS
Los receptores GPS reciben la
información precisa de la hora y la posición del satélite. Exactamente, recibe
dos tipos de datos, los datos del Almanaque, que consiste en una serie de
parámetros generales sobre la ubicación y la operatividad de cada satélite en
relación al resto de satélites de la red, esta información puede ser recibida
desde cualquier satélite, y una vez el receptor GPS tiene la información del
último Almanaque recibido y la hora precisa, sabe donde buscar los satélites en
el espacio; la otra serie de datos, también conocida como Efemérides, hace
referencia a los datos precisos, únicamente, del satélite que está siendo
captado por el receptor GPS, son parámetros orbitales exclusivos de ese
satélite y se utilizan para calcular la distancia exacta del receptor al satélite.
Cuando el receptor ha captado la señal de, al menos, tres satélites calcula su
propia posición en la Tierra mediante la triangulación de la posición de los
satélites captados, y nos presentan los datos de Longitud, Latitud y Altitud
calculados. Los receptores GPS pueden recibir, y habitualmente lo hacen, la
señal de más de tres satélites para calcular su posición. En principio, cuantas
más señales recibe, más exacto es el cálculo de posición.
Teniendo en cuenta que la concepción
inicial de este sistema era hacer un uso militar del mismo, debemos señalar que
los receptores que podemos encontrar en el mercado son para uso civil, y que
éstos quedan sujetos a una degradación de precisión que oscila de los 15 a los
100 metros RMS o 2DRMS1 en función de las circunstancias
geoestratégicas del momento, según la interpretación del Departamento de
Defensa de los EE.UU., quien gestiona y proporciona este servicio. Esta degradación
queda regulada por el Programa de Disponibilidad Selectiva del Departamento de
Defensa de los EE.UU. o SA (Selective Availability) y, como hemos indicado
antes, introduce un error en la transmisión de la posición para los receptores
de uso civil. Esto es, naturalmente, para mantener una ventaja estratégica
durante las operaciones militares que lo requieran.
De todo esto se deduce que,
habitualmente, los receptores GPS tienen un error nominal en el cálculo de la
posición aproximadamente 15 m. RMS que puede aumentar hasta los 100 m. RMS
cuando el Gobierno de los EE.UU. lo estime oportuno. Esto no es ningún
problema, puesto que nuestra posición siempre mantiene un error de valor casi
constante, y en cuanto a la orientación, no nos supone ninguna pérdida de
fiabilidad, puesto que es un error de dimensiones muy reducidas que, incluso en
las condiciones más extremas de falta de visibilidad, nunca excederá nuestro
campo visual. Normalmente, cuando el error en la posición aumenta de los 15m.,
sólo lo hace de forma temporal, y responde a operaciones de tipo militar o
estratégico que coinciden con nuestro uso del receptor.
Si la utilización que vamos a dar a
nuestro receptor GPS requiere más precisión aún, como trabajos topográficos,
levantamientos cartográficos, carreras de orientación, situación de balizas,
etc., casi todas las firmas disponen de antenas opcionales con dispositivos
DGPS2 para algunos de sus receptores que
corrigen mediante cálculo diferencial este error, disminuyéndolo hasta un
margen de 1 a 3 metros RMS.
Naturalmente, podemos utilizar
nuestro receptor GPS para todo aquello en lo que creamos que nos puede ser
útil. No obstante, debemos tener en cuenta que son, exclusivamente, receptores
de datos que calculan nuestra posición exacta y que no trabajan con ningún dato
analógico (temperaturas, presión, humedad...). Son dispositivos
extraordinariamente útiles para cualquier tarea de navegación, seguimiento de
rutas, almacenamiento de puntos para posteriores estudios, ...pero en ningún
caso podemos esperar deducir datos atmosféricos a partir de ellos.
Sin embargo, también debemos valorar
que, incluso, los modelos más "pequeños" que los fabricantes de GPS's
ponen a disposición de la navegación personal, son una evolución de los
sistemas de navegación aeronáutica y marítima que se han ido perfeccionando
diariamente desde hace años. Esto supone una serie de ventajas importantes para
los usuarios de GPS's para la navegación personal terrestre.
En primer lugar, una cuestión de
escala. Está claro que las dimensiones de la navegación aeronáutica y marítima
respecto de las dimensiones de la navegación terrestre, incluso con vehículos
motorizados, son mucho mayores.
Esto significa que los receptores
"pequeños" también disponen de los recursos de navegación y de la
exactitud de los grandes sólo que los primeros disponen de funciones menos
sofisticadas que estos últimos para la propia navegación.
Para entendernos, digamos que las
pantallas y funciones gráficas que requiere el piloto de una embarcación
incorporadas a su receptor GPS deben ser muchas más y más sofisticadas que las
que necesitamos para orientarnos en dimensiones más pequeñas. Pero el sistema
de recepción, y el cálculo de la posición es el mismo en un caso que en otro.
Supongamos que ocurre si una embarcación sigue un rumbo con un error de un
segundo (1/3600 grados), sin corregir ese rumbo durante varios días, puede ser
que cuando busque el punto que espera encontrar en la costa, simplemente no lo
encuentre, puesto que se habrá alejado cientos de kilómetros de él, pues bien
disponemos de un sistema con la misma exactitud para navegar pero con menos
funciones gráficas.
Todo esto lo podemos sintetizar diciendo
que un receptor GPS nos proporciona, para la navegación terrestre, muchas más
prestaciones que las que podemos necesitar para orientarnos. Los seguimientos
de desvío de rumbos, los seguimientos de rutas, brújulas electrónicas, etc.,
son funciones que podemos encontrar en nuestros "pequeños" GPS's.
Utilidad de los GPS
En el campo profesional el
establecimiento de redes logísticas , localización de vehículos, aplicaciones
topográficas , sistemas de seguridad ciudadana etc..son algunas de las aplicaciones
en las que ésta tecnología va cobrando cada día mayor importancia. También en
actividades deportivas y de ocio , tales como senderismo, ciclismo, rutas de
montaña, deportes náuticos .etc...se observa un creciente incremento de las
aplicaciones de ésta tecnología. En el
sector del automóvil cada día son mas frecuentes su presencia en la
localización y guía de objetivos.
Otros usos que se le puede
dar al GPS, son los siguientes:
§ GPS como una herramienta confiable para la protección, seguridad y bienestar de personas y/o mercancías, que se transporten en vehículos equipados con estos aparatos de localización y rastreo.
- Estos equipos permiten calcular con gran exactitud su ubicación
segundo a segundo, permitiendo al usuario saber donde se encuentra ubicado
en ese momento, en términos de latitud, longitud y altura; y si el aparato
lo permite, mostrará en una pequeña pantalla esta ubicación sobre una
cartografía de la ciudad o territorio donde circule.
- Para la aplicación de administración de flotillas (Leet Management)
y/o localización desde una ubicación remota, estos aparatos deberán tener
la capacidad de transmitir los datos de su ubicación en forma automática o
a demanda, por medio de satélites y radio frecuencia VHF/UHF o traking.
- Para aplicaciones de seguridad, los equipos deberán de tener
capacidad de transmitir en tiempo real voz y datos, para lo cual el medio
de transmisión es vía de red de telefonía celular.
- El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) fue diseñado por el
departamento de defensa de los E.U para la localización exacta de objetos.
(Latitud, Longitud y altura sobre el nivel del mar) en la superficie
terrestre mediante el uso de señales de satélites de alta precisión.
- El GPS permite obtener servicios de localización tanto de
posiciones fijas como de unidades móviles, utilizando un mínimo de 3
satélites para el rastreo de un objetivo en 2 dimensiones.
- El sistema GPS consiste en 24 satélites del gobierno de los E.U.
localizados a una altitud promedio de 11,000 millas sobre la tierra,
conocidos también como NAVSTAR. Estos satélites en movimiento constante,
completan 2 órbitas alrededor de la tierra en tan solo 24 oras a una
velocidad promedio de 1.8 millas por segundo.
- Equipados con relojes atómicos, estos satélites transmiten de
manera precisa y constante información sobre la hora y posición así como
las efemérides y datos calendario.
- Un equipo GPS trabaja el principio de triangulación. Al conocer su
distancia desde tres o mas satélites, el receptor puede calcular su posición
resolviendo una serie de ecuaciones.
- Una de las mas grandes ventajas de un sistema GPS es que este
trabaja bajo todo tipo de condiciones climatológicas.
- En ocasiones los satélites no transmiten información tan precisa o
detallada como uno quisiera; porque existen diferentes puntos que añaden
un error a la posición de un objeto en un momento determinado. El
departamento Norteamericano de defensa, dispuso este margen de error
llamado SA (selective Availability) con el propósito de evitar darle uso
militar a ciertas aplicaciones GPS que son estrictamente de uso civil.
Los sistemas GPS permiten:
- La localización exacta de puntos sobre la tierra.
- Descripción de todas las características de un trayecto.
- Implementación de sistemas de cartografía digital
- Elaboración e mapas de alta calidad
- Interacción con otros sistemas de comunicación.
- Detección y rastreo de un objeto determinado con gran exactitud.
Todo el sistema GPS se
fundamenta en la medición de la distancia satélite receptor, cada distancia
observada representa el radio de una esfera con (entro en el satélite, la
intersección de 3 o 4 esferas (según sea 2 o 3 dimensiones respectivamente) nos
dará la posición del receptor.
Según la teoría de la
trigonometría para fijar un punto en dos dimensiones basta con la medición de
dos distancias perfectas y si se trata de tres dimensiones con tres distancias
perfectas, pero para conseguir esas distancias perfectas, los dos relojes,
tanto el del receptor como el del satélite, no deben tener ningún tipo de error
y estar perfectamente sincronizados, esto lo podemos conseguir con el reloj del
satélite que es atómico y conocemos sus efemérides indicadas por el mensaje,
pero en lo que concierne al estado del reloj del receptor. no podemos
conocerlo, por este motivo y para evitar los errores producidos por el reloj
del receptor se introduce una observación más, ya que si tres mediciones
perfectas sitúan un punto en el espacio tridimensional, entonces cuatro
mediciones imperfectas pueden eliminar cualquier desviación del tiempo (siempre
que la desviación sea consistente).
Para que todo esto
quede más claro hagamos un símil refiriéndonos a las distancias como tiempos y
con un posicionamiento en dos dimensiones. Supongamos que nuestro punto de
estaciones esta a 4 seg. del satélite A y a 6 seg. del satélite B, estas dos
distancias serán suficientes para situarnos en un punto. Si por ejemplo nuestro
reloj del receptor es imperfecto si se atrasa un segundo, el receptor indicara
que estamos a 5 segundos del satélite A y a 7 segundos del satélite B,
cortándose las circunferencias en un punto distinto.
El punto 2 nos parece
una respuesta tan normal como cualquier otra, y nos seria prácticamente imposible
deducir que es errónea. Por ello introduciremos una observación adicional,
supongamos un satélite C a 8 segundos de nuestro receptor. Rápidamente se
observa que no existe ningún punto que se encuentre a 5 segundos del satélite
A, a 7 segundos del satélite B y a 8 segundos de C en un mismo instante
formando una zona de incertidumbre dentro de la cual se encontrara la solución
verdadera. Cuando se da un caso de estos, los ordenadores de los receptores
suponen que la causa de error es que el reloj interno esta desviado, entonces
comienzan a sumar y restar tiempo, la misma cantidad a todas las mediciones
hasta que descubre que sustrayendo un segundo a las tres mediciones puede hacer
que las circunferencias se corten en un punto.
§
Gran
rapidez en obtener la posición.
§
Muy buena
precisión.
§
Cobertura
global y continua.
Características Técnicas de un GPS
(Magellan Companion)
- Pequeño y
ultraliviano, con diseño para ser adosado por detrás de la Palm.
- Poderoso receptor de 12
canales paralelos con superior tracking en cualquier ambiente.
- Hasta
10 horas de duración de baterías con (2) AAA baterías.
- Se conecta
directamente con el puerto de comunicación de la Palm. No requiere cables
de conexión.
- Automáticamente
se prende y apaga a través de software control
- Tamaño
bolsillo, 6.5" (h)x 3.25"(w) x 0.88" (d)
- Ultraliviano,
solamente 3.9 oz
Rango de temperatura
de operación entre 32 F a 122 F.
Disponibilidad selectiva
La
disponibilidad selectiva fue eliminada el 1 de Mayo del
2000.
Estuvo motivada por la excesiva precisión obtenida por los receptores civiles,
por esto se decide degradar esta precisión. Esto se hace de dos formas:
·
Haciendo
oscilar el reloj del satélite.
·
Manipulando
los datos enviados por las efemérides de los satélites
Con esto es consigue degradar el UERE
hasta 37.5 metros. Los receptores militares van a disponer de los modelos de
errores introducidos y ellos tendrán la precisión inicial del sistema (UERE =
66.6 m).
http://www.tel.uva.es/~jpozdom/telecomunicaciones/portadagps.html
Este sistema de navegación
por satélite, además de ofrecernos una posición geográfica nos ofrece una
referencia temporal muy precisa. Se piensa que este sistema va a desplazar a
todos los sistemas de navegación existentes hasta el momento.
http://www.tel.uva.es/~jpozdom/telecomunicaciones/tutorial/capitulo8.html
El sistema NAVSTAR-GPS
se basa en la medida simultánea de la distancia entre el receptor y al menos 4
satélites.
http://www.viamichelin.com/viamichelin/esp/tpl/pdt/prod/htm/navgps_print.htm
¿Qué es un sistema de navegación
GPS?Sueña con "él", sus amigos ya lo tienen, a menudo coge el coche
sin conocer el camino y piensa que "él" le evitaría algunas
discusiones sobre el itinerario a seguir... Resumiendo: lo que usted necesita
es un sistema de navegación asistida. Para saber cómo funciona y cuáles son sus
aplicaciones, siga leyendo...
http://www.efdeportes.com/efd9/gps.htm
El Sistema GPS (Global Positioning System) o Sistema de posicionamiento
Global es un sistema de posicionamiento terrestre, la posición la calculan los
receptores GPS gracias a la información recibida desde satélites en órbita
alrededor de la Tierra. Consiste en una red de 24 satélites, propiedad del
Gobierno de los Estados Unidos de América y gestionada por el Departamento de
Defensa, que proporciona un servicio de posicionamiento para todo el globo
terrestre.
http://www.keytronics.com.mx/sistema.html
Esta presentación pretende
informar en forma general sobre la aplicación del Sistema de Posicionamiento
Global GPS como una herramienta confiable para la protección, seguridad y
bienestar de personas y/o mercancías, que se transporten en vehículos equipados
con estos aparatos de localización y rastreo.
http://www.nautigalia.com/otrostemas/articulos.php4?id=2&pag=1
El GPS fue implementado por el
Departamento de Defensa de los Estados Unidos con el objeto de obtener en
tiempo real la posición de un punto en cualquier lugar de la tierra. Este
sistema surgió debido a las limitaciones del sistema TRANSIT que en la década
de los 70 proporcionaba posicionamiento usando métodos Doppler. La principal
desventaja del este último era la no disponibilidad de satélites las 24 horas
del día.
http://www.efdeportes.com/efd9/gps.htm
El Sistema GPS (Global Positioning System) o Sistema de
posicionamiento Global es un sistema de posicionamiento terrestre, la posición
la calculan los receptores GPS gracias a la información recibida desde
satélites en órbita alrededor de la Tierra. Consiste en una red de 24
satélites, propiedad del Gobierno de los Estados Unidos de América y gestionada
por el Departamento de Defensa, que proporciona un servicio de posicionamiento
para todo el globo terrestre.
http://cfa-www.harvard.edu/space_geodesy/ATLAS/gps_es.html
El
conocimiento detallado de las reglas de Mecánica Celeste y el estudio del
movimiento de satélites naturales ha permitido a los científicos diseñar y
poner en órbita satélites artificiales alrededor de la Tierra y de Marte (como,
por ejemplo, el Viking). Para lanzar los satélites al espacio se utilizan
potentes cohetes. Si la velocidad de lanzamiento es muy baja el satélite caerá
de nuevo a la Tierra atraído por la fuerza de la gravedad, de la misma manera
que al lanzar una piedra vuelve a caerse a la superficie terrestre. Por otra
parte, si la velocidad de lanzamiento es excesivamente alta la fuerza de
gravedad de la Tierra no será suficiente para mantener al satélite en órbita y
escapará hacia el espacio. Como podéis imaginar, poner en órbita un satélite no
es un trabajo muy sencillo